A pesquisa transforma hardware robótico em talheres para comer assistência

Mais de 2 milhões de adultos que vivem nos Estados Unidos confiam na assistência de um cuidador para comer refeições diárias. Além dos cuidadores humanos, a tecnologia foi desenvolvida para fornecer assistência. Por exemplo, os braços robóticos montados na mesa e na cadeira de rodas foram programados para pegar alimentos e levá-los ao operador humano.

O professor assistente Dylan Losey reuniu uma equipe junto com os antecedentes da Assistência Robótica e da Ciência da Computação para explorar novas possibilidades tecnológicas para aqueles com mobilidade limitada. O estudo deles sobre uma ferramenta inspirado em origami foi publicado no arxiv Servidor de pré -impressão após uma avaliação humana bem -sucedida. A coluna de Kiri, de “Kirigami”, a forma de arte japonesa de corte, pode entender como um garfo e escapar como uma colher.

“Os sistemas existentes para a alimentação assistida por robôs usam garfos e colheres padrão, mas os robôs lutam para manipular destreza esses utensílios e entregam consistentemente alimentos de placa para a boca”, disse Losey. “Queríamos criar um novo utensílio que dava ao robô uma vantagem mecânica, algo que facilitaria a captura, a retenção e a entrega de alimentos.

“Paralelamente, precisávamos de inteligência algorítmica que pudesse controlar cuidadosamente o robô e manipular o utensílio. Mais importante, nossa solução precisava ser um sistema que as pessoas realmente gostavam de usar”.

Novas ferramentas para robôs úteis

Losey tem uma extensa experiência em robótica assistiva, líderes de projetos que usam inteligência artificial e aprendizado de máquina para adaptar o software de ajudantes mecânicos para uma variedade de tarefas. Para este projeto, sua equipe aplicou essa inteligência robótica a ferramentas físicas, combinando o hardware de computador com talheres mecânicos novos e inovadores.

“Quando iniciamos esse projeto, a equipe sabia que a melhor solução combinaria melhorias de hardware e software”, disse Losey. “Boas soluções de engenharia devem ter os dois”.

Por esse motivo, a equipe de Losey colaborou com a equipe de Tapomayukh Bhattacharjee em Cornell. Os alunos do laboratório de Losey lideraram o desenvolvimento mecânico do utensílio, e a equipe de Cornell forneceu o código que disse ao robô como mover o utensílio.

“Passamos muito tempo debatendo”, disse o primeiro autor do aluno Maya Keely. “Queríamos algo que pudesse dar uma aparência normal de colher, para que fosse confortável e familiar para os usuários. Mas também sabíamos que os robôs lutam para usar garfos e colheres básicos, por isso precisávamos de algo que guardasse robustamente comida, mesmo que O robô se inclina, se move rapidamente ou muda de direção.

A coluna Kiri é composta por um plástico imprimido em 3D, de espessura, de espessura de papel. Por si só, parece uma colher padrão. Quando as duas extremidades da folha de Kirigami são estendidas, a folha 2D se torna uma tigela 3D que aperta e envolve alimentos; Ao entregar esse alimento ao usuário, a folha se retrai para uma forma de colher normal, com o robô controlando sua extensão.

Lutando por conforto

“A engenharia é realmente apenas metade da história”, disse Losey. “Este deveria ser um sistema assistivo para pessoas que não podem comer por conta própria. Para encontrar uma solução eficaz, precisávamos trabalhar com usuários reais e ver o que eles realmente precisavam”.

Keely, Franco e Grothoff levaram o protótipo para a Virginia Home em Richmond, um centro para moradores com deficiências físicas irreversíveis.

“A realização de estudos de usuários e discutir nossas idéias com os residentes da Virginia Home foi realmente reveladora”, disse Keely. “Tínhamos soluções que pareciam ótimas de uma perspectiva de engenharia, mas quando os usuários os experimentaram, eles falharam completamente. O feedback de usuários e cuidadores realmente guiou nosso processo”.

Enquanto o robô conseguiu usar o utensílio e entregar comida, os moradores disseram aos pesquisadores que o anel de metal que apoiava a folha de Kirigami não era muito confortável.

“Era óbvio quando eles apontaram isso. Mas não é algo que teríamos pensado por conta própria”, disse Grotoff.

Os membros da equipe voltaram ao laboratório. Eles trocaram o aro de metal para um fio de titânio de níquel revestido com plástico seguro para alimentos. Esse fio permitiu flexibilidade adicional, tornando -o um design melhor que o original, e a segunda rodada de testes foi um sucesso.

“Nosso novo design de Kiri-Spoon é mais confortável e funcional, mas ainda levará tempo para as pessoas comerem usando essa tecnologia”, disse Nemlekar. “Comer é parte integrante da vida cotidiana, e esperamos que nossos esforços possam tornar esse processo mais perfeito para pessoas com deficiência e fazer a diferença em suas vidas cotidianas”.